基于虚功原理的4PUS-1RPU并联机构动力学分析.pdf

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1、第6期组合机床与自动化加工技术NO．62012年6月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJun．2012文章编号：1001—2265(2012)O6—0025—06基于虚功原理的4PUS一1RPU并联机构动力学分析宋小科，杨晓钧(1．上海航天设备制造总厂，上海200245；2．哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳518055)摘要：针对含中央约束支链的4PUS一1RPU并联机构，推导了机构内各构件的速度、加速度和系统输出速度、加速度间的运动学传递关系，求解了机构各条支链的雅克比矩阵，运用虚功原理建立了4PUS．1RPU并

2、联机构的动力学模型。运用MATLAB编写了该模型的仿真程序，进行了逆动力学仿真，为该机构动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供了参考。关键词：并联机构；中央约束支链；动力学模型；虚功原理中图分类号：TH113文献标识码：ADynamicsAnalysisofa4PUS-1RPUParallelManipulatorbythePrincipleofVirtualWorkSONGXiao—ke，YANGXiao．jun。(1．ShanghaiAerospaceEquipmentsManufacturer，Shanghai200245，China；2．ShenzhenGraduate

3、SchoolHarbinInstituteofTechnologyShenzhen，Guangdong518055，China)Abstract：Accordingtothe4pus一1rpuparallelmechanismwithacentralconstraintchain，thispaperde·rivesthevelocityandaccelerationtransmissionrelationshipsbetweenthecomponentofthemechanismandthesystemoutput，solvesthelinkJacobeanmatrices，es

4、tablishesthedynamicmodelbasedontheprincipleofvirtualwork．ThesimulationprogramofthemodelisdevelopedusingMATLAB，andthein-versedynamiccharacteristicsaresimulated，thisprovidesareferencefortheresearchoftheparallelmechanismofdynamiccharacteristicsanalysisandcontrolstrategy．Keywords：parallelmanipula

5、tor；centralconstraintchain；dynamicsmodel；virtualwork建模中需要进行动力学函数的求导，计算量大；虚功0引言原理将机构作为一个整体考虑，不计算机构的内力，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能得到的动力学方程简单整齐。本文以哈尔滨工业大力强、误差不叠加等优点，因此广泛应用在科学研学的一台含中央约束支链的4PUS．1RPU并联机床原究和工程领域，并引起了国内外学者的关注。与最型样机为研究对象，采用虚功原理对机床的运动机早出现的6自由度并联机构Stewart相比，少自由度构进行动力学建模，研究机构驱动力和机构运动参并联机构因自由度减

6、少，机构构件和运动副都相应数间的关系，为机床控制策略的研究奠定基础。减少，结构变得简单，因此成本降低，适用于某些不1运动学分析需要6自由度运动的工作场合。其中含中央约束支链的少自由度并联机构，将约束集中于中央约束4PUS-1PUR并联机构如图1所示，为了分析支链，简化了结构设计，易于控制，承载能力强，因此的方便，在并联机构上设立定坐标系』4(，y，z)、具有很高的理论研究和实用价值。坐标系B(，，z)、坐标系Ci(，Y，)、坐标系动力学建模是并联机构研究中的一个重要方D(。，Y。，。)，其中坐标系固定在定平台上，坐标系面，对于实现机构控制、提高运动精度和运动过程的固定在动平台上，

7、在原始状态下，A和互相平行。平稳性等具有重要的理论和现实意义。并联机构刚局部坐标系C固定在定长杆H上，z轴方向与cB体动力学建模的方法，包括牛顿．欧拉法、拉格朗日重合，Y。轴方向平行于C日和00的叉积，方向由法、拉格朗Et一达朗贝尔法、微分几何原理、虚功原右手定则决定。局部坐标系D固定在支链RPU上，z理、凯恩方程等。其中，牛顿．欧拉法建模过程中会轴方向和0O相同，。方向和相同，Y。方向由右出现大量的内力和约束，建模过程复杂；拉格朗日法手定则决定。收稿日期：2011—10—08；